基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)IETM制作的多媒體技術(shù)研究

安燕霞

（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引言

隨著航空產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，降低保障與維護(hù)費(fèi)用成為用戶關(guān)心的問(wèn)題，特別是對(duì)隨機(jī)技術(shù)手冊(cè)提出了更高要求，技術(shù)手冊(cè)必須具有快速查閱、信息檢索定位、故障定位、方便攜帶等功能，以使裝備維修、維護(hù)、保障及時(shí)有力。而傳統(tǒng)的基于紙張的技術(shù)手冊(cè)發(fā)布格式已經(jīng)越來(lái)越難以滿足最終用戶的使用維護(hù)要求。紙質(zhì)的技術(shù)資料手冊(cè)重量與體積大、造價(jià)高，而且其執(zhí)行更改不及時(shí)，由此看來(lái)，傳統(tǒng)的維修手段已不不適應(yīng)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。展望未來(lái)航空維修業(yè)的發(fā)展，隨著技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)字化，計(jì)算機(jī)微型化以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)日益發(fā)展成熟。早在20世紀(jì)70年代末期,外軍即開(kāi)始意識(shí)到將交互式電子信息技術(shù)應(yīng)用于武器裝備維修保障的重要意義[2]。美國(guó)國(guó)防部在進(jìn)行大量調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，選擇典型裝備組織開(kāi)展了一系列技術(shù)論證、應(yīng)用研究以及驗(yàn)證評(píng)估活動(dòng)。結(jié)果表明,IETM能使用戶在眾多的技術(shù)資料中快速、準(zhǔn)確地找到所需的最新的技術(shù)信息，保證維修工作的及時(shí)進(jìn)行，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修效能和戰(zhàn)備完好性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用IETM使生產(chǎn)率提高70%、失誤率減少50%、查詢時(shí)間節(jié)省50%、復(fù)制費(fèi)用減少70%、重量是原來(lái)的1/148、體積是原來(lái)的1/53[1]。

研究基于IETM的多媒體技術(shù)就是用圖形、圖像、視頻/動(dòng)畫等多種形式顯示技術(shù)手冊(cè)內(nèi)容,為使用者提供詳細(xì)、生動(dòng)、易于理解的“電子化”技術(shù)資料。因此，多媒體制作的好壞直接關(guān)系到IETM的功能實(shí)現(xiàn)，而多媒體技術(shù)研究是IETM制作過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，本文主要對(duì)IETM中圖像、視頻/動(dòng)畫的制作過(guò)程進(jìn)行分析，給出了解決辦法，并實(shí)現(xiàn)多媒體和技術(shù)手冊(cè)的統(tǒng)一。

1 IETM簡(jiǎn)介

IETM (Interactive Electronic Technical Manual)即交互式電子技術(shù)手冊(cè)，它是指綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將內(nèi)容繁雜的操作手冊(cè)、維修手冊(cè)等信息，按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)地組織管理起來(lái)，并以最優(yōu)化的方式將文字、表格、圖像、工程圖形、聲音、視頻/動(dòng)畫等多種信息形式顯示在電子屏幕上，并以交互的方式進(jìn)行查閱，將維修技術(shù)人員或系統(tǒng)操作人員所需的信息，精確地展現(xiàn)在使用者面前。

IETM技術(shù)不斷得以完善和發(fā)展，經(jīng)歷了以下五個(gè)基本階段：電子影像式分頁(yè)索引文檔、電子式滾動(dòng)文檔、線性結(jié)構(gòu)化IETM、階層性結(jié)構(gòu)化IETM以及整合數(shù)據(jù)庫(kù)IETM。目前，第四代階層性結(jié)構(gòu)化的IETM技術(shù)發(fā)展已較為成熟，并在軍事領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。第五代整合數(shù)據(jù)庫(kù)IETM技術(shù)由于引入了專家系統(tǒng)和人工智能機(jī)制，可有選擇地實(shí)時(shí)、智能處理多種類別信息，具備單一系統(tǒng)從多信息源分析獲取各種不同信息的功能，是目前技術(shù)結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)且應(yīng)用前景良好的交互式電子技術(shù)信息系統(tǒng)，也是美國(guó)、日本以及西歐各國(guó)爭(zhēng)相研究和重點(diǎn)發(fā)展的方向。其中第四級(jí)IETM就融入了多媒體技術(shù)。通過(guò)將多媒體技術(shù)整合在交互式電子技術(shù)手冊(cè)中，以圖文并茂、生動(dòng)活潑的動(dòng)態(tài)形式表現(xiàn)出來(lái)，給人以很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，留下深刻印象。

2 多媒體制作

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)資料的功能主要是供擁有指定型號(hào)的地勤維護(hù)和空勤的維護(hù)人員使用。這些資料應(yīng)能使不熟悉該發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)人員能夠完成在航線上或在維修機(jī)庫(kù)內(nèi)維修飛機(jī)的任務(wù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)人員在工作前都要查閱維修手冊(cè)。因此，每項(xiàng)維修工作的實(shí)施都可單獨(dú)作為指導(dǎo)維修人員工作的依據(jù)。這就要求該手冊(cè)完整的包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理、使用維護(hù)、拆卸安裝和性能調(diào)整排故方面的內(nèi)容，便于維護(hù)人員快速查找，又能準(zhǔn)確按照手冊(cè)完成維護(hù)任務(wù)。

本文研究的IETM采用的標(biāo)準(zhǔn)是S1000D，S1000D是目前影響最大、應(yīng)用最廣泛的主流標(biāo)準(zhǔn)，S10OOD標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)模塊重用。S1OOOD強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)是獨(dú)立的部件與零件，它能在零部件級(jí)的數(shù)據(jù)模塊上進(jìn)行重用，這樣數(shù)據(jù)模塊可以從一個(gè)項(xiàng)目復(fù)制到另一個(gè)項(xiàng)目中去，即在數(shù)據(jù)模塊全部制作完成之前，已經(jīng)有大量的可用數(shù)據(jù)模塊存在。與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)相比，技術(shù)手冊(cè)的開(kāi)發(fā)工作第一次完全實(shí)現(xiàn)了“并行工程”。多媒體數(shù)據(jù)是和文本獨(dú)立的數(shù)據(jù)模塊，顯示的IETM手冊(cè)是需要在文本中引用多媒體數(shù)據(jù)，組合展示給用戶。所以在制作第四級(jí)IETM時(shí)需要對(duì)多媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

多媒體數(shù)據(jù)是在技術(shù)手冊(cè)內(nèi)容基礎(chǔ)上新增加的技術(shù)信息，它們需要重新制作，并要與技術(shù)手冊(cè)的內(nèi)容密切結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)信息的增值。

多媒體數(shù)據(jù)來(lái)源于已有技術(shù)手冊(cè)或設(shè)計(jì)分析結(jié)果，進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)技術(shù)手冊(cè)的內(nèi)容要求，分析和確定多媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、制作方法、數(shù)據(jù)壓縮要求以及使用它們的工具要求。應(yīng)指出的是，必須首先分析技術(shù)手冊(cè)的內(nèi)容，在文本部分難以使用戶確切理解時(shí)或者應(yīng)用戶的需求，才需要用多媒體文件輔助說(shuō)明，而且制作多媒體文件還需要綜合考慮制作成本，如果過(guò)分追求多媒體效果，可能將喧賓奪主或本末倒置。

本文主要介紹制作第四級(jí)IETM時(shí)常見(jiàn)的幾種多媒體：

（1）三維模型的動(dòng)態(tài)顯示；

（2）維修技術(shù)資料和視頻/動(dòng)畫演示過(guò)程的同步配合顯示。

上述幾種多媒體制作按照以下步驟：

圖1 多媒體制作流程

2.1 三維模型的建立和轉(zhuǎn)換

用于三維模型制作的工具很多，有 UG、CATIA、PROE、SOLIDWORK等。目前，將三維技術(shù)應(yīng)用于IETM是可行的。隨著信息化技術(shù)的推廣，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)逐漸用三維設(shè)計(jì)代替原來(lái)的二維設(shè)計(jì)，IETM的制作可直接使用現(xiàn)有三維模型。其次，對(duì)于使用不同三維設(shè)計(jì)軟件的單位可以將三維圖形的格式轉(zhuǎn)換成需要的三維格式，所以用于IETM制作的三維數(shù)據(jù)來(lái)源有了切實(shí)可行的保證。

圖2 手冊(cè)中三維模型顯示

2.2 三維模型的加工

許多交互式3D創(chuàng)作工具可以使用。如CORTONA 3D、3DVIA等，這些工具可以將原始的3D模型經(jīng)過(guò)加工，轉(zhuǎn)化和編輯后成為交互式3D文件，并在單機(jī)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。目前，大多數(shù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)插圖是將設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加工，而設(shè)計(jì)的模型圖具有精確的尺寸和坐標(biāo)，這在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)的介紹中是不需要的，因?yàn)榧夹g(shù)手冊(cè)向用戶展示的是發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理。因此，IETM制作的數(shù)據(jù)模型可以有選擇的進(jìn)行刪減和加工，只要按照技術(shù)手冊(cè)的介紹展示給用戶具體的結(jié)構(gòu)就可以了。

2.3 技術(shù)插圖制作

對(duì)于技術(shù)手冊(cè)中的零部件結(jié)構(gòu)要使用3D技術(shù)將零部件展現(xiàn)出來(lái)，將交互式3D技術(shù)應(yīng)用于交互式電子技術(shù)手冊(cè)可以使手冊(cè)的使用者更快、更準(zhǔn)確地接受航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)信息并且減少培訓(xùn)時(shí)間和培訓(xùn)費(fèi)用。

制作技術(shù)插圖時(shí)首先要保證具有直觀、形象,一目了然的特點(diǎn),能夠強(qiáng)調(diào)與澄清文字說(shuō)明,避免冗長(zhǎng)的文字解釋、過(guò)程描述等。在S1000D中文字和插圖是具有不同特性的模塊，要保證插圖和文字能夠關(guān)聯(lián)起來(lái)，幫助用戶理解內(nèi)容，并且將關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)同時(shí)顯示給用戶。插圖格式可 以 是 CGM、BMP、JPEG、TIFF、PNG、PDF等,但是為了保證圖形的質(zhì)量，推薦使用CGM圖，它較其他格式具有特殊的優(yōu)越性。CGM是一種智能的矢量圖形格式,通過(guò)專用軟件如ISODRAW制作而成,利用專用的CGM瀏覽器將CGM格式的圖片讀出,即可在系統(tǒng)中顯示帶有熱點(diǎn)的矢量圖。

在IETM中開(kāi)發(fā)的三維模型圖可以實(shí)現(xiàn)模型的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小。操作者可以點(diǎn)擊模型實(shí)現(xiàn)圖文互動(dòng)。圖1就是用ISODRAW軟件制作成的圖文互動(dòng)的三維模型，手冊(cè)發(fā)布成IETP后，操作者通過(guò)點(diǎn)擊可以快速知道模型結(jié)構(gòu)的名稱。

IETM發(fā)布出來(lái)有兩種形式，一種是PDF版的，一種是網(wǎng)絡(luò)版的也就是IETP形式的。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)版的可以使用三維模型和CGM的插圖展示零部件結(jié)構(gòu)，這兩種形式的技術(shù)插圖都可以實(shí)現(xiàn)放大、縮小，使用者可以清楚的根據(jù)需要了解零部件結(jié)構(gòu)信息 ，而PDF版的IETM也可以采用CGM圖，它較一般的圖形要清楚，打印出來(lái)的紙質(zhì)技術(shù)手冊(cè)能夠清楚的反映局部信息，不會(huì)出現(xiàn)模糊。

2.4 視頻/動(dòng)畫

為了更有效的指導(dǎo)維修人員進(jìn)行拆裝訓(xùn)練，在視頻/動(dòng)畫的制作中，零部件進(jìn)行拆裝時(shí)，同步地顯示相應(yīng)的維修手冊(cè)內(nèi)容，使維修人員能直觀方便的了解拆裝該零部件的信息、操作步驟以及拆裝該零部件時(shí)需要注意的問(wèn)題。在拆裝過(guò)程中，每一步拆裝所對(duì)應(yīng)的零部件的零件號(hào)以及拆裝層次都是唯一確定的，因此可以在拆裝過(guò)程中讀取零件號(hào)以及拆裝層次的時(shí)候一起讀取IETM相關(guān)信息，達(dá)到系統(tǒng)的理想要求[7]。

圖3 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作:

在拆裝過(guò)程中對(duì)于維護(hù)人員首先需要確定的是該操作該項(xiàng)目需要準(zhǔn)備哪些項(xiàng)目，這在視頻/動(dòng)畫制作中也需要相應(yīng)顯示：在IETM模塊中也要有相應(yīng)的說(shuō)明，寫清楚準(zhǔn)備工作內(nèi)容（如圖3）：

其次是備品清單：

比如編號(hào)、機(jī)型、下一級(jí)裝配件、DBS層次代碼、圖樣編號(hào)、名稱、單裝數(shù)量、零件類型、參考毛料尺寸、重量(kg)、材料、材料規(guī)范等，一般常用的按下表說(shuō)明。

表1 備品清單

工具清單：

表2 工具清單

最后從發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)中獲取具體操作順序，從建模環(huán)境中讀取零部件的零件號(hào)，按照指定的維修步驟拆裝三維UG模型，進(jìn)行動(dòng)畫/視頻制作。

圖4 視頻制作流程

通過(guò)以上分析研究就能將IETM信息和視頻/動(dòng)畫制作統(tǒng)一起來(lái)了，可以實(shí)現(xiàn) IETM信息和維護(hù)操作視頻/動(dòng)畫同步顯示，其次為了將視頻/動(dòng)畫制作更加完美需要將對(duì)視頻/動(dòng)畫進(jìn)行渲染，接近真實(shí)環(huán)境，加上配音。

目前Cortona3D、3DMAX、NGRAIN等都是制作視頻/動(dòng)畫的工具，使用比較廣泛，同時(shí)制作出的視頻格式能滿足S1000D標(biāo)準(zhǔn)的格式要求，通過(guò)制作導(dǎo)入到IETM系統(tǒng)中，文本部分鏈接引用，實(shí)現(xiàn)視頻與文字的統(tǒng)一。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)分析，研究了多媒體技術(shù)中三維模型和視頻/動(dòng)畫的制作技術(shù)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展相信多媒體技術(shù)將會(huì)有更多更好的解決方案出現(xiàn)。同時(shí)只有積極與用戶溝通，努力貼近用戶需求，才是促進(jìn)IETM發(fā)展的重要途徑，也才是推進(jìn)裝備信息化建設(shè)，提高裝備使用和綜合維修保障能力的必由之路。

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